产业用纺织品09ppt课件.ppt

新兴的学科 1 重点 功能纤维性能难点 功能纤维类别交集 2 第三节产业用功能纤维 3 五 防紫外线纤维 4 1 概述表紫外线对皮肤影响波段波长 nm 对皮肤的影响UV A320 400生成黑色素和褐斑 使皮肤老化 干燥且皱纹增加UV B290 320产生红斑和色素沉着 经常照射 有致癌危险UV C180 290穿透力强 可影响白细胞 但大部分被臭氧层 云雾吸收 5 2 防紫外线纤维的类型 1 自身就具有抗紫外线破坏能力的纤维腈纶纤维是一种优良的防紫外线纤维 它的结构中的 CN基能吸收紫外线能量并转变成热能散失 所以传导到纤维中的能量很少 能起到防紫外线的作用 6 2 含有防紫外线添加剂的纤维大多数合成纤维的防紫外线能力较差 在成纤高聚物中添加少量防紫外线添加剂可纺丝制成防紫外线纤维 防紫外线添加剂有两种 无机防紫外线添加剂 能使紫外线散射而消除的无机物质有二氧化钛 氧化锌 滑石粉 陶土 碳酸钙等 这些无机物具有较高的折射率 能使紫外线发生散射从而防止紫外线入侵皮肤 其中二氧化钛 氧化锌的紫外线透射率较低 为大多数防紫外线纤维所选用 有机防紫外线添加剂凡能吸收波长为270 400nm紫外线的有机化合物 称为紫外线吸收剂 此类有机化合物的共同点是在结构上都含有经基 在形成稳定氢键 氢键整合环等过程中能吸收能量转变成热能散失 所以传导到高聚物中的能量很少 起到了防紫外线的作用 7 表具有吸收紫外线的有机化合物有机化合物有效吸收波长 nm 苯基水杨酸酯290 330水杨酸系P tert 对丁苯基水杨酸酯290 330P 苯基水杨酸酯290 3302 4 羟基二苯甲酮280 340二苯甲酮系2 羟基 4 甲氧基二苯甲酮280 3402 2 二羟基 4 甲氧基二苯甲酮270 3802 2 二羟基 4 4 甲氧基二苯甲酮270 3802 2 羟基 5 tert 甲基苯基 苯并三唑270 370苯并三唑系2 2 羟基 3 tert 蓝 5 甲基苯基 5 苯并三唑270 3802 2 羟基 3 5 二tert 甲基苯基 5 氯苯并三唑270 380氰基丙烯酸酯系2 乙基 2氰基 3 3 联苯丙烯酸酯270 350 8 3 防紫外线纤维的制备与性能用添加防紫外线添加剂制造防紫外线纤维有各种途径 可归纳为以下三种方法 9 1 共聚制得防紫外线共聚物 然后制成防紫外线纤维 防紫外线的线型聚酯纤维的制备 用至少一种芳香族二羧酸 比如TPA IPA等 和EG为原料 在原料中或二羧酸的乙二酯中添加质量分数为0 04 10 可耐250 的二价苯酚类化合物 例如4 4 二羟基二苯甲酮等 用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制得防紫外线良好的线型聚酪 再通过常规的熔融纺丝法纺制成纤维 这种纤维具有良好的防紫外线性能 能有效吸收波长为280 340nm的紫外线 屏蔽紫外线纤维的制备 制备通式为 O Y O CO x CO 的防紫外线聚酯 式中80 100 的x为对苯撑 0 20 为间苯撑 90 99 9 的Y为C2 10的烷撑 0 1 10 的Y为3 6 双 羟基烷氧基 氧蒽9 酮 用这类聚酯能纺制优良防紫外线纤维 另外 在聚合前 将无机物 例如TiO2系的陶瓷 微粒子与单体混合 然后进行聚合制成无机物均匀分散的高聚物 经纺丝得到屏蔽紫外线纤维 10 2 有机紫外线吸收剂或无机紫外线散射剂单独或混合使用 用浸渍法 印花法或吸尽法附着在天然纤维或合成纤维材料上 制成防紫外线纤维 为提高防紫外线剂对水洗及干洗的耐久牢度 还采用了树脂 微胶囊整理技术 微胶囊的芯材中装入有机的紫外线吸收剂 它能防止吸收剂的散逸 3 无机紫外线散射剂或有机紫外线吸收剂 单独或混合使用 与成纤高聚物进行共混后纺丝而制得防紫外线纤维 11 4 应用用防紫外线纤维制成的服装 特别适合夏天野外作业时间长的人员 如军人 交警 地质人员 建筑工人等 他们穿上这种服装 就可防紫外线穿透 因此 防紫外线材料是一种极具开发前景的具有防护功能的服装用材料 12 五 新型弹性聚酯纤维1 概述新型弹性聚酯纤维 PET 材料Elk具有一系列优异性能 诸如耐久性 透气性 重量轻和高度的阻燃性 它只产生极少的有害气体 有利于环境保护 由于这些特性 这种新型材料有可能取代聚氨酯泡沫材料而制成极舒适的轿车耐久性坐垫 车内装饰品和其他座位材料 13 2 聚合体和纤维结构改进低熔点聚合物作为结合体 纤维构成基体材料纤维 可显著改善其抗压性能 对低熔点聚合物有如下要求 形成牢固的混合结构 增大延展性和增大强度 容易变形并且易于恢复原状 Elk低熔点聚合物的成形能够保持网状结构中的结合点 因此获得了更高的弹性并增大了强度 而且变形后容易恢复原来的初始状态 从电子显微镜照片可观察疲劳试验后纤维结构中的结合点的稳定性 疲劳试验后Elk没有变形 具有抗压性能 而传统的纤维材料的结合点则发生了明显的破坏 另一方面 由于其线性构造 基体材料纤维的结构能产生约束力以抵抗变形载荷 在这方面 由于其随机分布的弹性结构能够分散载荷而改善了纤维的弹性 而其疏松的纤维构造则能得到极好的透气性和很高的透湿性 14 3 特性 1 抗压性 比较不同装饰材料的抗压性能 Elk纤维的耐久性使它从传统的纤维材料中脱颖而出 并达到了PUE泡沫塑料的抗压性 2 压缩回弹性 EIK比同样压缩回弹力的PUE泡沫塑料要轻30 3 透气性 泡沫塑料由于是由不连续的宏观多孔结构材料组成的 具有阻挡空气进入的特性 因而导致汗水聚集时出现粘附现象 Elk纤维的结构可以防止这类现象 具有有效的透气性 4 安全性 Elk燃烧实验表明 Elk能经受住无后处理的45 亚甲胺试验 满足装饰材料的一般测试要求 这种材料也符合轿车座位的FMVSS302标准 以及车箱座位的A A测试标准 由于它使用100 的PET材料 在燃烧过程中 不会逸出有害气体 只产生一氧化碳和二氧化碳 而PUE材料则发出氢氰化物有害气体 5 可回收性 Elk可以采用多种简单方法进行回收处理 例如粉碎和作为纤维重复利用 熔化喷入塑料材料 以及通过燃烧方式来回收利用 15 4 应用领域可以用在公共交通工具 列车 地铁和飞机上 由于其良好的透气性和耐久性 Elk还可以用作医院病床的床罩 也可以用作胸罩的衬里以及其他类似的女式内衣中 目前 实验已经证明 它能够取代目前仍占统治地位的PUE材料用作轿车装饰材料 16 六 Lyocell纤维 17 1 Lyocell纤维的发展简史Lyocell纤维已由国际人造丝及合成纤维标准化局 BISBF 备案 Lyocell纤维是新的纤维素纤维的通称 它是用一种有机溶剂纺丝制得的 这种有机溶剂是一种有机化合物与水的混合物 早在上世纪70年代 德国阿克苏 AKZO 公司就开始研究溶剂法纺丝制造纤维素纤维 获得了一系列纺丝专利 并逐步开始实施工业化 1987年阿克苏就将专利授予奥地利的伦青 Lenzing 公司 随后英国的考陶尔兹 Courtaulds 公司也获得了专利转售权 考陶尔兹公司经过多年的努力 率先推出以溶剂法制造出来的纤维素纤维 Lyocell纤维 并把这一种用于服装的短纤维取了商品名 Tencell纤维 进入上世纪90年代 考陶尔兹公司在美国的阿拉巴马州投入巨资工业化生产了Tencell纤维 1993年秋正式投产 伦青公司自1989年开始拥有中试工厂 每天的生产能力为1 2吨 并在奥地利建造了生产能力达2万吨 年以上的Lyocell纤维工厂 目前 伦青公司在Lyocell纤维生产系统方面以取得了30多项专利 形成了不同于Tencel纤维生产工艺的伦青Lyocell纤维生产工艺 阿克苏公司在德国亦拥有工厂 生产最早的Lyocell长丝 其商品名为Newcell 此外 德国的图林根 Thuringian 纺织和塑料研究所与Zimmer工程公司合作生产Lyocell纤维 1998年第二季度开始生产Lyocell纤维 商品名为Alceru 18 2 Lyocell纤维的结构性能Lyocell纤维分子量比普通粘胶纤维高 Lyocell纤维是高结晶度的纤维 用显微镜观察 Lyocell纤维具有规则的纵向形态 表面光滑 截面形态呈圆形或椭圆形 Lyocell纤维具有原纤化的结构 19 表Tencel纤维与其它纤维性能比较性能Tencel富强纤维粘胶纤维棉纤维涤纶短纤细度 dtex 1 71 71 7 1 7干强 cN dtex 38 0 42 433 6 36 221 1 25 620 3 23 939 8 66 3干态伸度 14 1613 1520 257 925 30湿强 cN dtex 34 5 38 018 5 21 27 9 15 025 6 30 338 0 64 5湿态伸度 16 1813 1525 3012 1425 30回潮率 11 512 013 08 00 4吸湿膨润度 657590503Lyocell纤维物理性能很好 湿强度较高 Lyocell纤维在水中收缩率较低 Lyocell纤维具有明显的原纤化倾向 纤维在湿润条件下摩擦时 原纤化更明显 这是它的一个独特性能 原纤化可增加纤维的吸收性 使纤维由很好的舒适性 吸湿性 有很高的吸色率 有光泽 因而其产品有自然而鲜明的色彩 20 3 Lyocell纤维的生产原理及绿色概念Lyocell纤维的生产是一种不经化学反应 用纯物理反应而生产纤维素纤维的过程 它是利用NMMO中N 甲基吗啉的杂环胺氧化物可以溶解纤维素的特性 将纤维素浆粕溶解 得到粘度适宜的纺丝液 然后经过纺丝得到纤维素纤维 同时经过凝固浴洗除纤维素中的溶剂 凝固浴中的NMMO被回收利用 NMMO即N 甲基氧化吗啉是由二甘醇与氨反应生成的吗啉经过甲基化而成 它是一种无毒 无腐蚀性的有机溶剂 在室温下为水合结晶体 含水率为13 3 的晶体最稳定 熔点为76 NMMO为环壮结构 与纤维素结构相似 有利于纤维素的溶解 NMMO溶解纤维素的机理是 纤维素的羟基首先与胺氧化物的氧之间形成较强的氢键 生成络合物 该络合物在过量胺NMMO中溶解 从而达到纤维素溶解的目的 21 Lyocell纤维生产由三个主要工序组成 即浆粕纤维的溶解 纺丝 精练 全部为物理过程 22 表Lyocell纤维的绿色概念项目绿色概念生产原料木浆 自然再生 可用速生林 再生林资源 厂房 设备较少工艺流程短 主要有三个工序 只及粘胶生产工序的一半 生产反应纯物理反应 粘胶纤维生产有多中化学反应 所用化学品NMMO 粘胶生产需多种化学品 生产时间2 3小时 粘胶纤维生产至少需要24小时 废气 废液无 NMMO无毒 无腐蚀性 且回收率高达99 粘胶生产产生的二氧化硫 硫化氢等污染大气硫酸锌等污染水体 工作条件好 对设备 工人无损害 能耗较低产品应用天然风格特征 舒适 卫生 无有害物质影响人体产品废弃物易自然降解 合纤降解困难 23 4 Lyocell纤维的用途由于Lyocell纤维吸湿好 柔软 舒适 透气 热稳定性好 手感好 具有绿色概念 可设计出特殊风格的明了 用于高档衬衣 内衣 套装裙子 消闲服等 在工业和医用方面 Lyocell纤维也显示了独特的优势 它可用于涂层底布织物 缝纫线 防护服 耐用尿布 医用绷带 工业用布 印花机用毯等方面 利用Lyocell纤维原纤化的倾向 用湿法成网非织造布作香烟的高级过滤嘴棒 也可以生产特殊过滤材料 Lyocell纤维也可用于针刺和水刺法的非织造布相关产品中 在增强生物复合材料方面 Lyocell纤维也有良好的应用前景 24 七 其它功能性纤维 25 1 阻燃纤维世界各国都制定了有关织物阻燃的法律法规 并公布实施 我国也制定了阻燃防护服国家标准 规定冶金 林业化工 石油 消防等部门从业人员应使用阻燃防护服 其人数将超过600万人 再加上装饰领域内用的阻燃纤维 我国目前共约需93万t a 如阻燃涤纶可用共聚 共混及皮芯型复合纺丝等方法制得 后两种方法制得的纤维具有永久性的阻燃性能 但成本较高 要求所用阻燃剂有较好的阻燃性能 无毒 耐久性好 在聚合和纺丝过程中不分解 无副反应 和聚合物相容性好 对聚酯可纺性和所产纤维性能无不良影响 世界上已有47个厂家生产167个品种的阻燃剂 国内有关单位也正在开发含磷 硫 氮 硅和卤素的阻燃剂 26 2 抗菌防臭纤维纺织纤维属多孔性材料 通过纤维叠加编织又形成无数孔隙的多层体 因此织物容易吸附菌类和环境中的臭味 人体排出的汗液 脱落的皮肤和皮脂等又为菌类繁殖提供了丰富的养料 滋生的菌类通过其分泌的酶类对排泄物进行分解而产生恶臭 还易造成交叉感染而传播疾病 因此 为满足人们的保健需求 国内外先后研制开发了多种抗菌防臭纤维材料 27 1 抗菌防臭纤维抗菌防臭纤维是将抗菌防臭剂与纤维结合 在抗菌防臭剂中 含新型陶瓷微粉的金属化台物的抗菌效果较为突出 例如将氧化锌 氯化银 氧化铜 氯化亚铜 硫酸铜 硝酸铜等 按一定比例添加到具有特定的聚酯纤维中 其产品灭菌率初期为80 94 10次洗后灭菌率为90 99 成功且有效的抗菌防臭制品是混入抗菌性沸石制成的各种尼龙 涤纶和腈纶等合纤产品 这种特殊沸石是由具有抗菌性的银 铜 锌等金属离子置换天然或合成沸石中部分可进行离于交换的金属离子 如铝 钠等 制成的 它对许多细菌和霉菌有消毒作用 属广谱抗菌剂 尤其是对绿浓菌和耐药性金黄色葡萄球菌的抑制和预防效果更加引入注目 其抗菌机理在于抗菌性离子及活性氧向微生物细胞扩散 造成细胞内蛋白质的构造破坏 使新陈代谢不能进行而实现抗菌作用 另一类为有机抗菌剂 所制得的抗菌纤维 对人体无害 对革兰氏阴 阳性菌有广谱的抗菌效果 抗菌率大于90 特别是与聚合物相容性好 不会对纺丝 包括纫旦纺丝 产生不利影响 现已在涤纶 丙纶中广泛使用 成功地制作内衣和床上用品等 28 2 消臭纤维消臭纤维不同于抗菌除臭纤维 抗菌纤维通过杀灭细菌以防止臭气产生 而消臭纤维的功能在于吸收已经产生的臭气 达到净化空气 创造舒适环境的目的 吸收法防臭虽然属于消极方法但却实用 具有消臭功能的陶瓷微粉主要包括活性碳 氧化物 氯化物 碘化物 硫酸盐等 例如 超细粒子氧化锌的表面积大 气体吸收作用强 可快速有效吸收臭味 固态ZnO对有机酸不仅有物理吸附作用 而且有化学吸收作用 因而具有优异的除臭作用 试验表明 它对异戊酸 产生人体臭味的主要脂肪酸 的除臭作用比活性炭颗粒更为快速 近年来的研究还表明 将陶瓷微粉与有机消臭剂配合使用效果会更佳 例如把硫酸锌微粉和苹果酸混合后掺人聚丙烯腈合纤中生产的消臭纤维 三甲胺去除率为100 甲硫醇去除率为98 5 29 3 保温纤维传统服装的保暖作用是通过阻止人体的热量向外散失而达到消极保温目的 例如在织物结构和后整理方面增加织物的丰厚度 使织物静止空气层的空间加大以提高保暖效果 或者采用织物表面蒸镀金属 复合金属层等方法 利用金属的镜面反射性能 抑制人体热量辐射散发 而积极保温材料则通过吸收外部能源的能量再以热量辐射的形式给予人体 从而达到保温增温目的 它包括蓄热保温纤维与远红外纤维 30 1 蓄热保温纤维蓄热保温纤维是一种可吸收太阳辐射中的可见光与近红外线 且可反射人体热辐射 具有保温功能的阳光蓄热保温材料 它以添加IV族过渡金属碳化物为主 例如含有碳化锆的纤维材料 可吸收阳光中2 m以下的可见光及近红外线 并进行热交换 还能反射由人体放出的波长约为10 m的热 从而达到积极保温的效果 用该纤维制成的服装 平时穿着时服装内温度比传统服装高出2 8 即使在湿态下也有良好的吸光蓄热性能 31 2 远红外纤维大多数陶瓷微粉都具有发射远红外线的功能 把它填充到纤维中 则可使纤维在一定温度下能发射7 14 m的远红外线给予人体 它所载的能量易为人体内水分子共振吸收 使人体局部产生温热效应 促进血液循环 且由于共振作用 还改善了生物大分子的活性 起到了调节肌体代谢 提高人体免疫功能的作用 远红外纤维中使用最多的陶瓷粉是金属氧化物 其中以氧化铝 氧化镁 氧化锆为好 有时也使用二氧化钛和二氧化硅 不同的远红外陶瓷微粉有着不同的红外光谱特性 这是由于它们的晶格振动不同所致 资料表明 在8 25 m波长范围内 没有一种单一金属或非金属氧化物材料的全辐射率能稳定在90 左右 而采用元素周期表中第 第v周期中的一种或几种氧化物混合而成的远红外陶瓷粉 如Mg0 Al2O3 CaO TiO2 SiO2 Cr2O3等 在环境温度为20 50 时具有较高的光谱发射率 是一种理想的材料 32 4 亲水性纤维天然纤维如棉 毛 麻等均为亲水性纤维 而合纤中的涤纶 腈纶及丙纶则为疏水性纤维 在相对温度为65 时 棉的平衡吸湿率为6 9 而涤纶只有0 4 0 7 涤纶内衣贴身穿着时有刺痒感 出汗时则有闷热感 而纯棉内衣穿着时却很舒适 涤纶等合纤的吸湿率所以很低 是由这些合纤大分子的化学结构所决定的 如涤纶大分子中的基团对水分子都没有强的吸引力 只是倚靠物质所固有的表面张力使纤维表面或内部微孔表面对水汽的少量吸附 增强涤纶的亲水性可采用两种方法 一种是通过共聚法 向纤维内部引人亲水性基因 如聚乙二醇 另一种方法是改变纤维的截面形状 制成三叶型 c型 人型等 使纤维内部具有微孔型结构 增大比表面积 利用微孔毛细管作用吸水 33 5 发光纤维全称为蓄光式自发光纤维 以涤纶 丙纶或锦纶的聚合物与发光剂制成 它能吸光 蓄能 发光 在吸收自然共混光30min后 可持续发光8 12h 发光剂为磷中加锶等成分 或是在硫化锌中渗有铜和一些专利材料 或是硒土系列化学品 广泛用于服饰及装饰领域中 用于制作服装面料 剧院地毯 飞机内织物 捕鱼行业中的带 绳索以及救生器材等 34 6 形状记忆纤维形状记忆纤维是热成形时 第一次成形 能记忆外界赋予的形状 初始形状 冷却时可任意形变 并在更低温度下将此形变固定下来 第二次成形 当再次加热时能可逆地恢复原始形状 根据外部环境变化 促使形状记忆纤维完成上述循环的因素还可以有光能 电能和声能等物理因素以及酸碱度 螯合反应和相变反应等 迄今为止 研究和应用最普遍的形状记忆纤维是镍钛合金纤维 在英国防护服装和纺织品机构研制的防烫伤服装中 镍钛合金纤维首先被加工成宝塔式螺旋弹簧状 进一步加工成平面状 然后固定在服装的面料内 当服装表面接触高温时 形状记忆合金纤维的形变被触发 纤维迅速由平面状变化为宝塔状 在两层织物之间形成很大的空腔 使高温远离人体皮肤 防止烫伤发生 形状记忆丝绸是应用最早的形状记忆纤维之一 形状记忆丝绸的制造工艺是将丝浸人水解后的纤维性的角朊和骨胶原中 然后干燥 卷曲 再次浸水 110 高压 2 03 105Pa 3 04x105Pa 热定形10min后制成 当成品加热到60 湿热处理时 纤维变得卷曲和皱折 由于丝的捻回被记忆固定下来 即使丝被退捻到无卷曲状态 再通过熨烫仍然可以使之恢复状态 形状记忆丝绸目前被广泛用于外套 衬衣和舞蹈紧身衣 35 7 变色纤维所谓变色纤维是一种具有特殊组成或结构 在受到光 热 水分或辐射等外界刺激后具有可逆性自动改变颜色的纤维 36 1 光敏变色纤维光敏变色 Photochromic 是指某些物质在一定波长光的照射下会发生变色 而在另一种波长的光或热的作用下又会发生可逆变化到原来颜色的现象 在越南战争期间 美国Cyanamide公司为满足美军对作战服装的要求 开发了一种可以吸收光线后改变颜色的织物 这是感光变色纤维最早的实例 具有光敏变色特性的物